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1 de Mayo de 2015
Attofísica

Electrónica con pulsos de luz

Los pulsos ultracortos de luz láser tal vez ofrezcan una salida al límite con el que pronto chocará la miniaturización de los componentes electrónicos.

¿LOS TRANSISTORES DEL FUTURO? Los pulsos láser ultracortos (ondas) pueden alterar las propiedades de algunos dieléctricos, como el cuarzo (centro), y conmutar el paso de la corriente eléctrica (verde) mucho más rápido que los dispositivos semiconductores actuales. Esta técnica tal vez permita superar el límite físico de miniaturización al que pronto habrán de enfrentarse los componentes electrónicos. [CHRISTIAN HACKENBERGER, UNIVERSIDAD LUDWIG MAXIMILIAN DE MÚNICH]

En síntesis

Al incidir sobre un dieléctrico, un pulso láser muy intenso puede modificar las propiedades electrónicas del material y hacer que se vuelva conductor.

Dicho efecto resulta similar al que tiene lugar en un transistor semiconductor sometido a una diferencia de potencial, pero opera varios miles de veces más rápido.

El hallazgo ha sido posible gracias al empleo de pulsos láser de attosegundos de duración. Su aplicación a la electrónica podría revolucionar la velocidad de cómputo.

A mediados del siglo XX, un pequeño dispositivo electrónico desató una revolución tecnológica: el transistor de efecto de campo. Gracias a su capacidad para controlar el paso de la corriente eléctrica, este componente sentaría las bases de los modernos sistemas de comunicación y tratamiento de datos. Hoy, un teléfono inteligente contiene del orden de mil millones de estos transistores. Cada uno de ellos mide apenas unos 20 nanómetros, menos que muchos virus. Sin embargo, la miniaturización de los dispositivos electrónicos alcanzará en breve sus límites físicos. ¿Necesitaremos una nueva revolución?

Los principios de operación de los transistores de efecto de campo se han mantenido invariantes desde que aparecieron los primeros prototipos. Compuestos por semiconductores, pueden concebirse como pequeños interruptores que solo se activan cuando se les aplica una pequeña diferencia de potencial. Cuando eso sucede, el material se torna conductor y transmite la electricidad.

Pero, si bien la miniaturización de los componentes básicos no continuará para siempre, el proceso de conmutación tal vez pueda acelerarse de forma radical. Para ello, en lugar de una diferencia de potencial, lo que dejaría pasar la electricidad a través del dispositivo sería el campo eléctrico de un láser. Si un transistor pudiese controlarse con un pulso de luz láser, tal y como se hace ya en medicina y en técnicas de tratamiento de materiales, sería posible acelerar su funcionamiento hasta la escala del femtosegundo (una milbillonésima de segundo, o 10–15 segundos), una velocidad de operación miles de veces mayor que la de los mejores transistores actuales.

En el curso de nuestras investigaciones, hemos descubierto un material (el cuarzo) cuya capacidad de conducción puede activarse y desactivarse mediante pulsos láser ultracortos, en los que el campo eléctrico apenas completa unas pocas oscilaciones. Estos pulsos, desarrollados en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Garching, nos han permitido entender la dinámica de los procesos de activación por medio de destellos luminosos. Para explorar en detalle tales fenómenos, que ocurren en la escala del femtosegundo, fue necesario subdividirlos en procesos aún más breves. A tal fin tuvimos que emplear técnicas de attofísica, una disciplina que comenzó su andadura hace unos diez años y que permite estudiar fenómenos que suceden en pocas trillonésimas de segundo (10–18 segundos).

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